NEC Thermography Infrared Imaging Study

Informazioni di base su NEC:

La migliore prognosi richiede il riconoscimento e il trattamento precoci della NEC. La perforazione o il deterioramento in corso possono richiedere un intervento chirurgico. La mortalità è migliorata negli ultimi anni, ma è ancora di circa il 15-30% per i NEC non chirurgici e fino al 50% per i NEC chirurgici. I sopravvissuti possono subire complicazioni significative tra cui danni a lungo termine alla funzione intestinale.

La diagnosi iniziale si basa sull'esame clinico e sulla diagnostica per immagini, che di solito comporta radiografie addominali +/- ecografia. I criteri di stadiazione di Bell incorporano risultati clinici, di laboratorio e radiografici e vengono utilizzati per distinguere il NEC sospetto dal NEC definitivo. Lo stadio 2 di Bell denota una comprovata NEC e comporta la presenza di pneumatosi intestinale e/o di gas venoso portale ai raggi X.

La principale difficoltà nella diagnosi di NEC è che gli stadi precoci/sospetti di NEC si presentano clinicamente e radiograficamente in modo simile all'intolleranza alimentare benigna osservata con la prematurità. Le radiografie addominali comportano l'esposizione del paziente a radiazioni ionizzanti e l'imaging ecografico è dannoso per il paziente, richiede tempo per essere eseguito e richiede operatori qualificati con disponibilità limitata. Queste modalità mostreranno solo cambiamenti non specifici nelle prime fasi del NEC. I risultati tardivi sono più perspicaci, tuttavia, quando questi risultati sono evidenti, spesso si perde il lasso di tempo ottimale per iniziare il trattamento.

Informazioni di base sulla termografia medica:

L'imaging medico a infrarossi (IR) è una combinazione di tecnologia medica, tecnologia della fotocamera a infrarossi e tecnologia multimediale del computer. I dispositivi di imaging a infrarossi registrano i campi termici umani. Il corpo umano è una fonte biologica naturale di riscaldamento e una termocamera a infrarossi converte l'onda luminosa nel lontano infrarosso irradiata dal corpo umano in un segnale elettrico che viene poi convertito in una quantità digitale mediante conversione analogico/digitale. I segnali vengono elaborati dalla tecnologia di elaborazione delle immagini multimediali in una mappa termica a colori, che mostra il campo di temperatura del corpo. Un corpo normale e sano ha una mappa termica caratteristica mentre un corpo anormale mostra deviazioni da questa mappa termica. Pertanto, confrontando le somiglianze e le differenze tra i due, in combinazione con la diagnosi clinica, medici e ricercatori possono dedurre la natura e l'estensione di una malattia.

I ricercatori hanno studiato vari metodi di valutazione computerizzata delle immagini termiche ottenute da bambini prematuri con NEC definitivo rispetto a bambini normali senza sintomi di intolleranza alimentare. I ricercatori hanno dimostrato che il potere discriminante dei dati sull'evoluzione della temperatura superficiale tra i bambini sani di controllo e quelli a cui era stata diagnosticata la NEC era promettente, con un tasso di classificazione piuttosto elevato e un semplice schema di classificazione lineare. Inoltre, i nostri risultati hanno suggerito un tasso più lento di diminuzione della temperatura cutanea addominale nei neonati NEC, che potrebbe essere spiegato dalla presenza di intestino infiammato. Riso et al. ha utilizzato anche la termografia medica per aiutare a rilevare il NEC nei neonati ricoverati in terapia intensiva neonatale. Confrontando la distribuzione della temperatura sui segmenti addominali con quella del torace, sono stati in grado di determinare le differenze nei bambini normali rispetto a quelli con diagnosi di NEC.

Informazioni di base sul sensore medico Microsoft Kinect:

Il sensore Kinect è una fotocamera a colori e profondità ampiamente utilizzata, di livello consumer e sicura, commercializzata per l'uso nei giochi per computer. Misura la luce nel vicino infrarosso riflessa dal corpo per formare una mappa superficiale dell'ambiente. Il sensore Kinect RGB-D è stato recentemente applicato all'assistenza sanitaria in una varietà di applicazioni in cui si è dimostrato efficace, incluso il campo della riabilitazione medica, dove i sensori Kinect vengono utilizzati per l'allenamento all'esercizio attivo e la riabilitazione dei pazienti, per la sicurezza e l'automazione somministrazione di radioterapia, per l'analisi del movimento della parete toracica nei pazienti con fibrosi cistica, per l'analisi delle caratteristiche facciali del controllo della postura nei pazienti in riabilitazione, nei pazienti in terapia intensiva per misurazioni automatizzate della mobilità e persino per il monitoraggio automatizzato dell'apnea nei neonati e nei bambini.

In questo studio, il ruolo del sensore Kinect RGB-D consisterà essenzialmente nel supportare la segmentazione automatizzata e il recupero dei dati di distribuzione termica dall'imager FLIR IR co-localizzato e calibrato. Grazie alle mappe di colore e profondità che saranno rese disponibili, verranno sfruttate tecniche di elaborazione delle immagini classiche e robuste per identificare le regioni di interesse (il corpo del bambino ed eventualmente l'addome). Questo tipo di segmentazione precisa non può essere eseguita in modo affidabile esclusivamente da immagini IR, poiché è ben noto che le tecniche di visione artificiale e di elaborazione delle immagini non sono ben adattate per le immagini IR. Sono già stati condotti i primi test di laboratorio per determinare che il funzionamento del sensore RGB-D in un campo visivo sovrapposto a quello dell'imager IR non influenza i dati raccolti nella mappa termica. L'operazione combinata è quindi sicura e fornirà un'accurata distribuzione termica come se l'imager IR funzionasse da solo. L'obiettivo finale è combinare i punti di forza di tre tecnologie di imaging per migliorare la diagnosi medica.

Motivazione dello studio:

Precedenti studi sulla termografia e sulla diagnosi di NEC utilizzavano solo una termocamera a infrarossi per acquisire immagini. Sebbene i ricercatori siano stati in grado di ricavare distribuzioni termiche per bambini di vari GA, il nostro studio precedente non ha adottato un protocollo rigoroso per posizionare il sensore IR in una configurazione ottimale, portando a maggiori variazioni nella qualità dell'immagine e nella dimensione della regione di interesse. Queste limitazioni rendevano difficile automatizzare la selezione di precise regioni di interesse all'interno dell'immagine termica e richiedevano l'intervento manuale di un esperto di elaborazione delle immagini. Nel nostro attuale studio il processo di acquisizione delle immagini sarà migliorato e standardizzato; un sensore Microsoft Kinect che utilizza la visione termica, a colori e di profondità attiva sarà integrato in una telecamera termografica per consentire la selezione automatica delle regioni di interesse e faciliterà l'uso da parte del personale medico al capezzale del paziente. Verranno sviluppati algoritmi integrati di elaborazione delle immagini per sfruttare la natura multispettrale delle informazioni raccolte al fine di segmentare e liberare automaticamente la regione di interesse su cui verranno monitorate le distribuzioni termiche rilevanti.

Lo sviluppo iniziale di questo sistema, compresa l'integrazione e l'assemblaggio dell'apparato, le rigorose procedure di calibrazione della telecamera tra i sensori RGB-D e IR e i test completi saranno eseguiti in un ambiente di laboratorio, utilizzando solo modelli mock-up dell'ambiente clinico. Quindi, al fine di convalidare completamente l'applicazione di questo sistema automatizzato di elaborazione delle immagini a infrarossi per la diagnosi precoce di NEC, è necessaria l'acquisizione di immagini rilevanti da soggetti umani. Lo studio sarà proseguito nell'ambiente della terapia intensiva neonatale per convalidare ulteriormente il protocollo di imaging non invasivo e automatizzato di nuova concezione su neonati di varie dimensioni e GA nella terapia intensiva neonatale, poiché la NEC può verificarsi in bambini che vanno da quelli estremamente prematuri a quelli nati a termine. Poiché i ricercatori sperano di utilizzare questa tecnologia un giorno per aiutare a migliorare la diagnosi di NEC, la procedura di imaging sperimentale verrà eseguita su due popolazioni di pazienti. Gli investigatori immagineranno prima gli addomi di un gruppo di neonati sani con l'apparato di nuova concezione e il protocollo di elaborazione delle immagini per impostare una distribuzione termica standard. Quindi, gli investigatori immagineranno anche l'addome di un gruppo di neonati con comprovata NEC, utilizzando la stessa attrezzatura. Dall'analisi delle immagini di queste due popolazioni, i ricercatori determineranno l'idoneità e la necessaria messa a punto degli strumenti automatici di imaging a infrarossi proposti, con l'obiettivo di aumentare la precisione, l'usabilità e l'affidabilità della procedura per la diagnosi precoce di NEC.

Obiettivi:

1. Sviluppare un approccio automatizzato all'imaging e all'analisi dell'addome dei neonati pretermine utilizzando sensori termografici e algoritmi di elaborazione delle immagini incorporati.
2. Derivare le distribuzioni termografiche della temperatura dell'addome di due gruppi di bambini: quelli che sono normali (non hanno segni di intolleranza alimentare o segni di NEC) e quelli a cui è stata diagnosticata una NEC provata.
3. Determinare se gli algoritmi di elaborazione automatica delle immagini possono discernere una differenza statisticamente significativa tra le normali distribuzioni termiche e quelle derivate da bambini con NEC.